4. 입출력 I/O

4.1 특징 및 기능

1) I/O PORT의 구성

- 8bit, 양방향, 범용, 병렬기능의 I/O 포트는 PORTA ~ F까지 6개가 존재 합니다.

- 5bit, 양방향, 범용, 병렬기능의 I/O 포트는 PORTG 1개가 존재 합니다.

2) I/O의 특징

- 입력 또는 출력 모드로 동작합니다.

- 최대 구동 전류는 약 40mA 입니다.

- 입력모드에서 내부 PULL-UP 을 설정 할 수 있습니다.

- DDRx 레지스터를 이용해 출력 또는 입력 설정이 가능합니다. (1 : 출력모드, 0 : 입력모드)

- PORTx 레지스터로 출력 모드 일때 출력 값으로 입력 모드 일때 PULLUP 기능으로 사용 합니다.

- PINx 레지스터로 I/O의 입력 상태를 확인합니다. 만약 입력 모드에서 PORTx레지스터가 0으로 선택 되어지면 PULLUP이 되지 않아 Tri-Status(Hi 인피던스) 상태가 됩니다.

- I/O 또는 특수(부가) 기능이 있어서 그 기능을 사용 할 때는 해당 모드로 동작 합니다.

3.ATmega128 기본 하드웨어

3.1 메모리 LOCK bit, FUSE bit

AVR은 FUSE 라는 특별한 기능이 있습니다. FUSE는 AVR자체의 H/W 적인 스펙을 설정하고 조작하는데 사용되어 집니다. 이 FUSE에 대해 간단한 설명을 하도록 하겠습니다.

-M103C : ATmega103 호환 모드로 선택 합니다.

-WDTON : 자동으로 WDTON이 실행될지 선택 합니다.

-OCDEN : OCD 사용 여부를 설정합니다.

-JTAGEN : JTAG 디버깅 사용 여부를 선택 합니다.

-SPIEN : ISP를 지원할지 선택 합니다.

-CKOPT : 발진레벨을 조절합니다.

-EESAVE : Erase 명령시 EEPROM을 안 지울 것인지 선택 합니다.

-BOOTSZ1,0: 부트 사이즈를 결정합니다.

-BOOTRST : Reset에 의해 BOOT영역으로 이동할지 선택 합니다.

-BODLEVEL : 전압레벨이 어느 이하로 떨어질 경우 Reset 할지 선택 합니다.

-BODEN : 전압레벨 확인을 할지 선택 합니다.

-SUT1,0 : START 할때의 시간을 선택 합니다.

-CKSEL 0,1,2,3 : 클럭 소스를 설정 합니다.

3.2 시스템 클럭

FUSE 선택에 의해 ATmega128은 다양한 클럭을 선택 할 수 있습니다. 간단하게 보면 아래와 같습니다.

CKOPT를 이용해 발진 레벨을 조절하여 발진레벨이 작아지도록 해서 소비전력을 적게 할 수도 있으며, 발진레벨을 크게 해서 발진의 외부 노이즈 영향을 적게 받도록 할 수 있습니다.

3.3 시스템 리셋

ATmega128은 여러가지 Reset 조건이 존재 합니다. 그 내용은 아래와 같습니다.

- Power on Reset : 전원 이 CPU가 안정하게 돌수 있는 전압 이하일 경우 RESET 을 하고 있습니다.

- Watchdog Reset : Watchdog 타이머의 지정된 주기이내에서 재설정을 안하는 경우 Reset 을 합니다.

( 프로그램이 안정하게 돌아가는지 확인할 때 사용합니다.)

- Broen-out Reset: 전원이 일정 시간동안 지정된 전압 이하로 될경우 Reset 이 됩니다.

- JTAG에 의한 Reset : JTAG을 이용해 내부 레지스터를 설정해 Reset 을 할 수 있습니다.

- 외부 Reset : Reset pin 에 입력된 신호에 따라 Reset 을 할 수 있습니다 .

3.4 Watch-doc타이머

Watch-doc 타이머는 지정된 주기이내에서(타임아웃이 되기전에) S/W 적으로 타이머의 값을 초기화 시켜주지 않으면 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판단을 합니다. 이는 CPU의 동작에 대한 신뢰성을 높이는데 사용합니다.

3.5 SLEEP 모드

저전력 시스템 동작시 사용하지 않을 때 사용하지 않는 모듈들을 정지시켜 소비전력을 낮추도록 하는데 사용 됩니다.

3.6 BOOT 로드

BOOTSZ1,0 로 부트 사이즈를 결정합니다. 또한 BOOTRST 으로 Reset에 의해 BOOT영역으로 이동할지 선택 합니다. 이 기능을 이용해Main 프로그램 영역을 프로그램적으로 변경할 수 있습니다. 그래서 장비의 문제 발생 또는 기능 추가에 많이 활용되어 집니다.

6) AVRSTUDIO 의 툴바 설명

AVRSTUDIO 는 각종 디버깅을 편리하게 하위 위한 여러가지 버튼이 툴바 형태로 모여 있습니다. 이를 간단하게 정리해 보겠습니다.

- Start Debugging : 설정된 디바이스에 따라 디버깅을 시작한다.

- Stop Debugging : 설정된 디바이스의 디버깅을 종료한다.

- Run : 타겟 CPU를 동작시킨다. 브레이크 포인트, STOP 등의 명령으로 정지가 될수 있다.

- Break : 타겟을 RUN 동작중에 정지하게 한다.

- Reset : 타겟을 Reset 한다. Source 의 초기로 돌아간다.

- Step Into : 현재 함수를 자세하게 살펴본다.

- Step Over : 현재 위치한 명령 한 개만 실행한다.

- Step Out : 함수 와 서브루틴을 전부 수행한다.

- Run to Curser : 현재 선택 되어 있는 커서까지 실행 한다.

- AutoStep : 순차적으로 명령들을 자동으로 실행한다.

- Toggle Breakpoint : Breakpoint를 설정하거나 멈춘다.

- Quick watch : 현재 선택된 변수를 보여준다.

- Toggle Watch Windows : 변수의 상태를 나타내는 Watch Window를 보이거나 안 보이게 한다.

- Toggle Register Window : Register의 상태를 나타내는 Window를 보이거나 안 보이게 한다.

- Toggle Memory Window : Memory의 상태를 나타내는 Window를 보이거나 안 보이게 한다.

- Toggle Disassembler Window : Source 를 ASM 형태로 표현하거나 안한다.

5) ISP로 Flash Writer 하기 (JTAG도 비슷한 방식으로 사용이 가능합니다.)

 ISP 선택 및 장비 선택 하기 위해 버튼을 누릅니다.

=>

 Flash Writer 을 위한 기본 화면이 나옵니다.

- Device : Writer 할 디바이스를 선택 한다.

- Erase Device : Flash, EEPROM을 지운다.

- Erase Device Before Programming : Writer 하기 전에 Flash, EEPROM을 지운다.

- Verify Device After Programming : Writer 후 이상이 없는지 검사한다.

 해당 CPU를 선택 합니다

- CPU는 AVRSTUDIO 버전 별로 지원하는 것이 다르며, 해당 디바이스를 정확하게 선택해주세요

 파일을 선택 합니다.

- 파일은 hex(intel Hex File format), a90(iar 컴파일러에서 생성된 intel Hex File),eep (eeprom용 hex 파일) 을 사용할 수 있습니다.

 CPU가 이상이 없는지 확인합니다.

- Advenced 에서 Read 해서 해당 device 가 정확한지 확인한다.

 FUSE bit을 선택 합니다.

- CPU의 내부 기능을 선택 합니다.

- CPU 별로 설정이 틀리기 때문에 필이 확인 하셔야 합니다.

 Flash Write 합니다.

 필요시 EEPROM을 설정후 Write 합니다.

 Lock bit을 선택 합니다.

4) JTAG으로 디버깅 하기

 PC에 JTAG을 연결하고 타겟 보드에 JTAG 을 연결한 후 전원을 넣습니다.

 AVRSTUDIO에서 Start Debugging 을 누릅니다.

 JTAG 종류와 CPU를 설정한 후 JTAG과 CPU가 연결되어진 것을 STUDIO에서 확인할 수 있습니다.

 RUN,STOP 등을 이용해 디버깅을 할 수 있습니다.

2.6 통합환경구축

ATmega128을 이용한 보드만 있다고 해서 개발이 가능한 것은 아닙니다. 개발을 위해 어떤 것들이 필요한지현재까지 간단하게 개발에 필요한 컴파일러 S/W 와 각종 툴을 알아 보았습니다. 이제는 이런 툴을 어떻게 연결해서 사용하는지에 대해 간단하게 설명을 하겠습니다. 준비물을 아래와 같습니다.

1) 준비물

 PC 또는 노트북

 ISP 또는 JTAG (WIZ AVRISP 2.0 , WIZ AVRJTAG PRO)

 ATmega128이 사용된 보드

 WINAVR 최신버젼

 AVRSTUDIO 최신버젼

 각종 S/W 나 드라이버

 전원

 매뉴얼

 간단한 예제 SORUCE

2) 설치 과정

 WINAVR 을 인스톨 합니다.

본 문서는 WinAVR-20070525-install.exe 을 사용합니다.

 AVRSTUDIO를 인스톨 합니다.

본 문서는 AVRSTUDIO 4.13 서비스팩 1 에서 사용합니다.

AVRSTUDIO4.13을 인스톨 후 AVRSTUDIO 4.13 SP1을 인스톨 하세요

 WIZ AVRISP 2.0 , WIZ AVRJTAG PRO을 처음 사용시 USB 드라이버를 찾으므로 해당 파일을 인스톨을 해두셔야 합니다.

3) 프로젝트 만들어 컴파일 하기

WINAVR 에 들어 있는 demo source를 이용해서 간단한 프로젝트를 만들어 보겠습니다. 먼저 C:\WinAVR-20070525\examples\demo 디렉토리 아래에 있는 파일을 C:\prj\demo 라는 디렉토리를 만들어 그 아래에 복사합니다.

 New Project 만들기

메뉴에 New Project를 선택 합니다

 프로젝트 이름과 디렉토리 등을 선택 합니다.

- 프로젝트 name 과 생성되는 파일명이 같아야 합니다.

- 초기화 파일이 존재하므로 Create initial file은 선택하지 않습니다.

- 사용하고자 하는 디렉토리는 선택 합니다.

- Finish 을 눌러 완료합니다.

 SOURCE 를 합칩니다.

- 프로젝트 창에서 오른쪽 마우스를 누르면 Add Existing File 을 선택 할 수 있습니다.

- 여기서 demo.c 와 iocompat.h 을 선택 합니다.

- 프로젝트에 파일이 추가된 것을 볼 수 있습니다.

 프로젝트의 옵션을 잡습니다.

- 프로젝트 창에서 오른쪽 마우스를 눌러 Edit Configuration Options 을 선택 합니다.

- 먼저 AVRSTUDIO 에서 기본적으로 제공하는 옵션을 선택 해서 사용해 보겠습니다.

- 위 화면과 같이 atmega128을 선택 하고 Optimization 레벨을 0으로 변경합니다.

- 메모리에 관련된 설정이 필요한경우 Memory Settings 에서 설정을 합니다. (현재는 필요가 없기 때문에 넘어가겠습니다.)

- Custom Options에 GCC의 Path가 정확하게 연결이 되어 있는지도 꼭 확인하셔야 합니다.

 컴파일

- 설정이 완료되면 Build 버튼을 눌러 Build 합니다.

- 이상이 없으면 컴파일이 완료된 것을 Build 창에서 확인할수 있습니다.

 Makefile 을 이용한 컴파일

- AVRSTUDIO 는 기존에 GCC컴파일에서 사용하는 make 파일을 선택해서 컴파일 할수도 있습니다.

- 이때는 Options 에서 Use External Makefile 을 선택 하고 사용하고자 하는 Makefile 을 선택합니다.

- 컴파일을 하면 됩니다.